As propriedades mecânicas do compósito polimérico são fortemente influenciadas pela morfologia e a microscopia eletrônica de varredura – MEV foi realizada no intuito de analisar a morfologia do PLA e dos compósitos obtidos de PLA/Taquara-lixa, com diferentes proporções de fibras, após o ensaio de tração.
É possível observar na Figura 35 a micrografia feita por MEV da Taquara-lixa processada, descrito no item 3.2.1. Pode-se notar fibras individualizadas, danificadas pela ação mecânica, presença de tecido vegetal, e vasos aderidos à superfície das paredes das fibras.
Como são de fonte natural, as seções transversais das fibras apresentaram variações e não sofreram nenhum tipo de tratamento. As variações ao longo do comprimento se mantiveram na média de 168,7 µm. Foram observadas fibras torcidas e fletidas, o que indica que podem suportar deformações mecânicas do fluxo do processo, assim como observado por Da Silva (2014). Monteiro (2010) também verificou em seu estudo elementos de vasos e estruturais das fibras de bambu, assim como vazios e microcavidades igualmente visualizadas por Costa (2011). As fibras da Taquara-lixa podem ser observadas na Figura 35.
Figura 35 – Micrografia por MEV da Taquara-lixa
Fonte: Autoria própria.
Fibra danificada Elementos de vasos
Fibras Rugosidade
Na Figura 36 tem-se a micrografia do corpo de prova do PLA. Esta apresenta superposição de camadas na superfície de fratura, a qual exibe aspecto de fratura frágil, sem deformação plástica aparente, assim como observado por Brito et al. (2011).
O PLA apresentou uma morfologia com uma superfície de alto relevo da fratura posterior ao ensaio de tração, antes da adição de fibras na composição e para o processo de biodegradação. Ao inserir porcentagens em massa de fibras de Taquara- lixa há uma tendência de mudança na direção da fratura, já que a fratura tende a seguir a direção da fibra, comportamento este associado com relação de interface entre a fibra natural e o PLA.
Figura 36– MEV do corpo de prova do PLA com 0 dias em solo simulado
Fonte: Autoria própria.
Na Figura 37 tem-se a micrografia do compósito PLA/Taquara-lixa com 10% de fibra. As fibras da Taquara-lixa se encontram envolvidas pelo polímero e a maioria se rompeu em conjunto com o polímero ao invés de ser retirada da matriz, que em geral leva a formação de buracos ou “pits”.
Fratura
Apesar de a maioria das fibras se quebrar junto com o compósito, algumas foram arrancadas durante o ensaio de tração. Isto fica evidente com a presença de alguns orifícios. Verifica-se, além disso, a presença de um espaço na interface fibra- polímero, indicando perda de adesão.
Costa (2011) também observou o desfibramento e rompimentos das fibras, em que uma menor porcentagem de fibras aderidas à matriz de PLA, gerou melhor aderência, significando uma melhor propriedade mecânica (ZHANG, 2012).
Figura 37 – MEV dos corpos de prova de PLA/Taquara-lixa com 10% de fibras com 0 dias em solo simulado
Fonte: Autoria própria.
Para o compósito de PLA/Taquara-lixa com 20% de fibra, apresentado na Figura 38, observou-se que as fibras foram arrancadas da matriz. Isto pode indicar que a proporção de 20% de fibra de Taquara-lixa dificultou ou não permitiu a homogeneização da fibra de tal forma que o polímero aderisse na mesma.
Costa (2011) evidenciou que a fibra de bambu no compósito possibilitou o aparecimento de vazios na estrutura do compósito, acarretando defeitos ou
Vazios
Fibra com envolto vazio
Vazios
concentração de tensões, ocasionando a redução do desempenho mecânico do compósito.
Figura 38 – MEV dos corpos de prova de PLA/Taquara-lixa com 20% de fibras com 0 dias em solo simulado
Fonte: Autoria própria.
Para o compósito de PLA/Taquara-lixa com 30% de fibra, apresentado na Figura 39, observa-se ampla faixa da presença das fibras da fase dispersa. Provavelmente o acréscimo da concentração de fibras gerou a coalescência das mesmas junto à matriz. Por consequência da maior concentração de fibras, a matriz polimérica pode não estar conseguindo envolver adequadamente as fibras, o que explicaria a elevada quantidade de fibras removidas.
Foi observado que a fibra foi preferencialmente arrancada da matriz pelos vazios presentes e pelo espaço existente entre matriz/fibra, indicando que a adesão da fibra com a matriz é fraca (SOLARSKI et al., 2005). Isto também foi observado no estudo de Tokoro (2008), onde fibras de bambu foram arrancadas da matriz de PLA, especialmente as de longo comprimento, em testes de impacto no compósito.
Vazios Fibra
Figura 39 – MEV dos corpos de prova de PLA/Taquara-lixa com 30% de fibras com 0 dias em solo simulado
Fonte: Autoria própria.
Costa (2011) também mostrou nos compósitos de PLA com fibra de bambu uma dificuldade de acomodação ou disposição das fibras no molde, devido a um aumento da aglomeração com predominância de fibras com maior número de extremidades que acarretou depreciação das propriedades mecânicas de tração do compósito, assim como no presente trabalho.
4.7 MICROSCOPIA DOS CORPOS DE PROVA APÓS ENSAIO DE BIODEGRADAÇÃO EM SOLO SIMULADO
Nas Figuras 40a,40b, 40c, 40d e 41a, 41b, 41c, 41d estão apresentadas as micrografias dos corpos de prova do PLA e dos compósitos de PLA/Taquara-lixa com 90 e 180 dias de degradação em solo simulado para compostagem.
Fibra Vazio
Figura 40 – MEV dos corpos de prova (a) PLA (b) PLA/Taquara-lixa com 10% de fibras (c) PLA/Taquara-lixa com 20% de fibras (d) PLA/Taquara-lixa com 30% de
fibras com 90 dias em solo simulado
(a) (b)
(c) (d) Fonte: Autoria própria.
Após 90 dias em solo simulado para compostagem o PLA apresentava uma superfície relativamente uniforme, porém já se observa a formação de pequenas rachaduras e fragmentações.
Nos primeiros 90 dias notou-se uma formação mais irregular, revelando que diversas fibras perderam sua cobertura de polímero ou um espaço grande entre a fibra, mostrando a adesão sendo reduzida. Com 180 dias de degradação, observou- se diversas cavidades formadas. As fibras já apresentavam um grande afastamento da interface com o polímero. Ademais, ocorre a formação dos filamentos.
Os corpos de prova com PLA/Taquara-lixa com 20% de fibra, em termos gerais, tiveram um comportamento semelhante às amostras com 10% de fibra. Os corpos de prova de PLA/Taquara-lixa com 30% de fibra apresentaram uma degradação mais acentuada que os demais compósitos, o número de cavidade e irregularidade
Fios Fratura Vazio Fibra Vazio Fibra Fios Fibra Vazio Vazio Vazio Fibra Fibra
bastante elevado e a formação dos filamentos decorrentes da degradação. Ou seja, a degradação do PLA/Taquara-lixa com 30% de fibra de Taquara-Lixa parece ter sido acelerada devido à quantidade elevada de fibra.
Algumas hipóteses para esse fenômeno podem ser apontadas, como a rugosidade causada pela mistura fibra polímero, que tende a aumentar a área superficial do compósito. Uma área superficial maior favorece tanto a degradação química quanto biológica, o que é excelente em termos de biodegradabilidade. Entretanto, esta degradação não pode ser descartada, ainda mais porque fica claro que uma maior quantidade de fibra acelera o processo de degradação do polímero.
Na Figura 41 têm-se as imagens de MEV dos corpos de prova de PLA e PLA/Taquara-lixa com 180 dias de contato com o solo simulado para degradação.
Figura 41 – Imagens de MEV dos corpos de prova (a) PLA (b) PLA/Taquara-lixa com 10% de fibras (c) PLA/Taquara-lixa com 20% de fibras (d) PLA/Taquara-lixa com
30% de fibras com 180 dias de degradação em solo simulado
(a) (b)
(c) (d) Fonte: Autoria própria.
Fibra Vazio Fibra com envolto vazio Vazio Fios Fios Fibra com Vazio Fios Fratura
Com 180 dias de degradação apresenta-se uma amostra com várias fraturas e com formação de cavidades, mostrando claramente a fragilização da amostra.
Observa-se também que, após a degradação por 180 dias, o PLA apresenta a formação de filamentos (como fios) que atravessam toda a amostra. Pode-se sugerir que esses filamentos são oriundos da formação de colônias de microrganismos que estão usando o PLA em seu ciclo metabólico; ou ainda se trate de um produto de degradação natural do PLA. De qualquer forma, esses filamentos estão associados à degradação do material.
A amostra contendo PLA/Taquara-lixa com 10% de fibras na composição apresenta uma superfície aparentemente rugosa, provavelmente causada pela presença das fibras e pelo processo de mistura PLA/Taquara-lixa.
Na análise do corpo de prova de PLA/Taquara-lixa, temos pontos em que a fibra pode agir como um agente de separação na interface fibra/matriz, causando pontos de vazios na superfície do compósito. Isto foi verificado nas imagens, e pode ter provocado falhas no compósito, devido ao aparecimento de trincas na matriz ou mesmo o descolamento da fibra (debonding) (RAZERA, 2006), tendo maior incidência nos corpos de prova com maior porcentagem de fibras.